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摘 要： 目的：探讨体重负荷下正常胫股关节6个自由度的运动学。方法：选入我院于2016年3月～2017年3月期间，接收的9名健康志愿人员参与本次研究，采用双平面X线对9名人员进行一侧膝关节从伸直位到120°屈曲多角度下应力位的二维影像。采用螺旋CT对一侧膝关节进行扫描观察，同时根据所取得的影像图像进行三维模型的制作。并应用三维模型匹配二维影像，对股骨相对于胫骨全自由度的运动学资料进行获取和应用。结果：伸直位下，股骨在后侧约（4.2±2.1）毫米。在进行屈曲的状态下，股骨慢慢向后方挪动，后移的幅度在（5.0±2.3）毫米，同时从伸直位到15°后移幅度为（1.8±2.4）毫米。股骨外移的程度为（3.1±1.7）毫米，外侧髁在胫骨后侧（1.8±3.8）毫米的位置，从伸直位到120°，外侧髁的后移幅度在（12.5±3.）毫米。結论：常规膝关节在体重负荷下屈曲时，股骨相对于胫骨出现后移、外移、远移以及内旋状态，但是内翻程度可以忽略不计，股骨内外侧髁的运动也有显著差异。
关键词： 膝关节；运动学分析；体重负荷下；6个自由度；双平面X线片
【中图分类号】 P391.9 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0045-02
根据目前临床数据证实[1]，对胫股关节体运动学已经进行了大量的分析和研究，但是目前多数数据表明[2]，仅仅对前后位移以及内外旋转随着屈曲变化的数据进行测定[3]，但是关于6个自由度运动学的分析较少，双平面X线技术是一种测定体重负荷状态关节全自由度在体运动学较好的方式[4]，目前已经得到了广泛应用，已经有多项数据调查证实[5]此种方式对胫股关节体运动学的测定方式，但是对于关节屈曲所包含的范围较低，另外有数据证实[6]，这一方法对伸直位到90°屈曲状态下胫骨相对于股骨的运动学进行分析，但是对股骨内外侧髁的运动没有特别重视，采用直立式MRI的方法对体重负荷下内外侧髁的前后位移以及估算的股骨内外旋转进行测量，但是因为分辨率没能达到一定标准，无法对自由度运动进行评定[7]。临床研究人员采用高分辨率的MRI联合足底负重的方式对胫股关节的运动学进行测定，但是足底负荷程度没有达到常规标准，因此此项运动学不能对胫股关节是否呈现为负重的情况而判定。针对于此，本次研究采用双平面X线技术对股骨髁运动在内的股骨相对于胫骨运动学进行分析。
1 资料与方法
1.1基本资料。
本次参与研究的9名健康志愿人员中，5名为男性，4名为女性，最大年龄36岁，最小年龄21岁，9名健康志愿人员均没有出现膝关节疼痛以及损伤的情况，同时均未进行手术。
1.2方法。
采用垂直放置的固定方法以及移动方法，X线机摄取研究人员一侧膝关节应力位的双平面X线片，其中X线机的焦片距离在3米左右，进行检查的膝关节从伸直位屈曲到15°、30°、60°、90°以及120°，关节在中立位的状态，在大腿中部位置放置一个标记球，并应用关节量角器对各角度进行测量，每一个角度一般保持在5s，膝关节的后内侧以及后外侧影像被2台X线机进行摄取。
1.3图像匹配。
采用螺旋CT对同一侧膝关节进行扫描，扫描范围从膝关节线上下12厘米，层厚大约1毫米，分辨率设定在0.35*0.35像素。CT影像运用软件进行测定，进行胫股关节3D模型的建立。将已经制作的3D模型和相应的双平面X线片导进UG软件，让他们和2个2D影像进行重合。
1.4运动学测定。
通过对建立在胫骨关节3D模型上的坐标系，来对股骨相对于胫骨的运动学进行测量，股骨坐标系中有股骨干长轴以及几何中心轴。通过股骨3D模型侧面对内外侧后髁的半径进行测定，让球体球心对后髁中心，两球心的连线进行判定，代表为GCA，将连线的中点作为股骨中心。
1.5双平面X线技术的精确度。
对3个正常膝关节标本进行选取，经过股骨干和胫骨干将两根铁棒穿过，将膝关节固定在木板上，将木板直立，并应用上述方式选取6个角度的双平面X线影像，通过CT扫描的方式选取相同角度的6个膝关节，并且选取同一角度状态下，X线拍摄程度以及CT扫描分别进行，而后进行下一个角度。
2 结果
2.1 股骨相对于胫骨的位移分析。
此处选择伸直位到120°，胫骨在股骨前侧位置。伸直位的状态下，股骨在后侧约（4.2±2.1）毫米。在进行屈曲的状态下，股骨慢慢向后方挪动，后移的幅度在（5.0±2.3）毫米，同时从伸直位到15°后移幅度为（1.8±2.4）毫米。
股骨从伸直位屈曲到120°均为胫骨内侧位置，在伸直位状态下，股骨在内侧约（5.0±1.0）毫米。在屈曲程度增加过程中，股骨慢慢向外挪动，外移的程度为（3.1±1.7）毫米，在此过程中，（1.4±1.1）毫米出现在伸直位到15°的屈曲状态下。
在进行屈曲状态下，股骨一直在胫骨近侧位置，在伸直位过程中，股骨在近侧位置约（25.2±2.4）毫米。从伸直位到15°的状态下，股骨向远侧移动幅度在（2.3±0.7）毫米左右，这一比例占据远移幅度的（4.1±1.0）毫米以上。
2.2 股骨髁相对于胫骨的前后位移分析。
外侧髁在随着屈曲向后移动，在伸直位的状态下，外侧髁在胫骨后侧（1.8±3.8）毫米的位置，从伸直位到120°，外侧髁的后移幅度在（12.5±3.）毫米，其中大约有（6.2±3.6）毫米的后移幅度在15°以前发生。和外侧髁的后移完全不一致，内侧髁从伸直位到90°向前移动，在伸直位状态下，内侧髁在胫骨后侧大约（4.7±2.5）毫米的位置，本次研究的后移指标已经进行了相应的调整，主要是由于股骨从10°伸直状态下，内侧髁大约有2毫米左右的后移并不是常规意义上的后平移，而是因旋转造成的上移。内侧髁从伸直位到90°前移幅度大约在（3.4±3.0）毫米，在90°到120°后移（3.0±1.4）毫米左右，因此在屈曲状态下，内侧髁前移大约为（0.4±3.8）毫米。 2.3 股骨相对于胫骨的旋转分析。
股骨从伸直位到120°屈曲过程中向外旋转，在伸直位过程中，股骨相对于胫骨处于内旋（5.4±6.2）°，在伸直位屈曲到90°时，股骨外旋幅度在（18.7±5.8）°，但是在90°到120°则出现少量内旋情况，幅度在（1.4±1.8）°，因此在整个屈曲状态下，股骨外旋大约在（17.2±6.8）°，其中，从伸直位屈曲到15°状态下，股骨外旋程度在（10.1±5.6）°。在整个屈曲过程下，股骨的内外翻变化较低，在内翻下（3.9±2.1）°。
3 讨论
本次数据调查通过进行双平面X线测定，对体重负荷下正常膝关节中股骨以及胫骨的6个自由度位置关系进行分析，获取了股骨相对于胫骨的运动轨迹，同时测定股骨髁的前后位移变化。
大量临床数据证实，通过应用双平面X线技术对膝关节的运动力学进行分析，在上述调查中，进行受检的健康人员膝关节内需要放置钽株，这种操作方法只能对于少数人员受用，在本次研究中，通过将标记球放置在膝关节表面位置来辅佐双平面X线技术，可以最大程度避免钽株的放置。同时相关数据证实，应用双C型X线透视机对双束X线进行获取，这种方式要要更加简单化。在本次研究数据中证实，股骨从伸直位到120°屈曲过程中向外旋转，股骨相对于胫骨处于内旋（5.4±6.2）°，在伸直位屈曲到90°时，股骨外旋幅度在（18.7±5.8）°，但是在90°到120°则出现少量内旋情况，幅度在（1.4±1.8）°，因此在整个屈曲状态下，股骨外旋大约在（17.2±6.8）°，其中，从伸直位屈曲到15°状态下，股骨外旋程度在（10.1±5.6）°。在整個屈曲过程下，股骨的内外翻变化较低，在内翻下（3.9±2.1）°。
综上所述，本次研究对胫股关节静态下的运动学进行测量，虽然能够对屈曲角度进行测量，所出现的偏差较低，但是对于膝关节运动学变化趋势的影响较小。
参考文献
[1] 李春宝. CR-TKA术前与术后关节面接触生物力学及相关研究[D]. 中国人民解放军医学院，2014.
[2] 徐振胤，施光林，王冬梅，等.足踝生物力学动态仿真实验台的多轴运动和力协同控制系统[J].医用生物力学，2014（4）：355-362.
[3] 韩雨辰.用LMS法建立南京市3-6岁儿童身高、体重、体质指数生长曲线及国际标准的比较[D].扬州大学，2016.
[4] 金浩.苯妥英钠预防颅脑损伤后早期癫痫的群体药动学模型预测能力评估以及苯妥英钠预防颅脑损伤后早期癫痫的Meta分析[D].安徽医科大学， 2017.
[5] 陈凯宁.基于三维有限元方法探索ACL断裂后胫股关节轨迹异常对半月板和软骨应力分布的影响[D].第三军医大学，2013.
[6] 岳冰.膝关节形态特征及人工关节置换前后的运动学[D].上海交通大学， 2010.
[7] 鞠昌军，严伟，姜红江，等.外翻支具辅助下行细胞因子关节腔注射治疗膝关节炎50例[J].中国中医骨伤科杂志，2017（12）：59-61.
作者简介：王蓬，河南大学民生学院，198811，河南开封，硕士研究生，助教，体育教学
关键词： 膝关节；运动学分析；体重负荷下；6个自由度；双平面X线片
【中图分类号】 P391.9 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0045-02
根据目前临床数据证实[1]，对胫股关节体运动学已经进行了大量的分析和研究，但是目前多数数据表明[2]，仅仅对前后位移以及内外旋转随着屈曲变化的数据进行测定[3]，但是关于6个自由度运动学的分析较少，双平面X线技术是一种测定体重负荷状态关节全自由度在体运动学较好的方式[4]，目前已经得到了广泛应用，已经有多项数据调查证实[5]此种方式对胫股关节体运动学的测定方式，但是对于关节屈曲所包含的范围较低，另外有数据证实[6]，这一方法对伸直位到90°屈曲状态下胫骨相对于股骨的运动学进行分析，但是对股骨内外侧髁的运动没有特别重视，采用直立式MRI的方法对体重负荷下内外侧髁的前后位移以及估算的股骨内外旋转进行测量，但是因为分辨率没能达到一定标准，无法对自由度运动进行评定[7]。临床研究人员采用高分辨率的MRI联合足底负重的方式对胫股关节的运动学进行测定，但是足底负荷程度没有达到常规标准，因此此项运动学不能对胫股关节是否呈现为负重的情况而判定。针对于此，本次研究采用双平面X线技术对股骨髁运动在内的股骨相对于胫骨运动学进行分析。
1 资料与方法
1.1基本资料。
本次参与研究的9名健康志愿人员中，5名为男性，4名为女性，最大年龄36岁，最小年龄21岁，9名健康志愿人员均没有出现膝关节疼痛以及损伤的情况，同时均未进行手术。
1.2方法。
采用垂直放置的固定方法以及移动方法，X线机摄取研究人员一侧膝关节应力位的双平面X线片，其中X线机的焦片距离在3米左右，进行检查的膝关节从伸直位屈曲到15°、30°、60°、90°以及120°，关节在中立位的状态，在大腿中部位置放置一个标记球，并应用关节量角器对各角度进行测量，每一个角度一般保持在5s，膝关节的后内侧以及后外侧影像被2台X线机进行摄取。
1.3图像匹配。
采用螺旋CT对同一侧膝关节进行扫描，扫描范围从膝关节线上下12厘米，层厚大约1毫米，分辨率设定在0.35*0.35像素。CT影像运用软件进行测定，进行胫股关节3D模型的建立。将已经制作的3D模型和相应的双平面X线片导进UG软件，让他们和2个2D影像进行重合。
1.4运动学测定。
通过对建立在胫骨关节3D模型上的坐标系，来对股骨相对于胫骨的运动学进行测量，股骨坐标系中有股骨干长轴以及几何中心轴。通过股骨3D模型侧面对内外侧后髁的半径进行测定，让球体球心对后髁中心，两球心的连线进行判定，代表为GCA，将连线的中点作为股骨中心。
1.5双平面X线技术的精确度。
对3个正常膝关节标本进行选取，经过股骨干和胫骨干将两根铁棒穿过，将膝关节固定在木板上，将木板直立，并应用上述方式选取6个角度的双平面X线影像，通过CT扫描的方式选取相同角度的6个膝关节，并且选取同一角度状态下，X线拍摄程度以及CT扫描分别进行，而后进行下一个角度。
2 结果
2.1 股骨相对于胫骨的位移分析。
此处选择伸直位到120°，胫骨在股骨前侧位置。伸直位的状态下，股骨在后侧约（4.2±2.1）毫米。在进行屈曲的状态下，股骨慢慢向后方挪动，后移的幅度在（5.0±2.3）毫米，同时从伸直位到15°后移幅度为（1.8±2.4）毫米。
股骨从伸直位屈曲到120°均为胫骨内侧位置，在伸直位状态下，股骨在内侧约（5.0±1.0）毫米。在屈曲程度增加过程中，股骨慢慢向外挪动，外移的程度为（3.1±1.7）毫米，在此过程中，（1.4±1.1）毫米出现在伸直位到15°的屈曲状态下。
在进行屈曲状态下，股骨一直在胫骨近侧位置，在伸直位过程中，股骨在近侧位置约（25.2±2.4）毫米。从伸直位到15°的状态下，股骨向远侧移动幅度在（2.3±0.7）毫米左右，这一比例占据远移幅度的（4.1±1.0）毫米以上。
2.2 股骨髁相对于胫骨的前后位移分析。
外侧髁在随着屈曲向后移动，在伸直位的状态下，外侧髁在胫骨后侧（1.8±3.8）毫米的位置，从伸直位到120°，外侧髁的后移幅度在（12.5±3.）毫米，其中大约有（6.2±3.6）毫米的后移幅度在15°以前发生。和外侧髁的后移完全不一致，内侧髁从伸直位到90°向前移动，在伸直位状态下，内侧髁在胫骨后侧大约（4.7±2.5）毫米的位置，本次研究的后移指标已经进行了相应的调整，主要是由于股骨从10°伸直状态下，内侧髁大约有2毫米左右的后移并不是常规意义上的后平移，而是因旋转造成的上移。内侧髁从伸直位到90°前移幅度大约在（3.4±3.0）毫米，在90°到120°后移（3.0±1.4）毫米左右，因此在屈曲状态下，内侧髁前移大约为（0.4±3.8）毫米。 2.3 股骨相对于胫骨的旋转分析。
股骨从伸直位到120°屈曲过程中向外旋转，在伸直位过程中，股骨相对于胫骨处于内旋（5.4±6.2）°，在伸直位屈曲到90°时，股骨外旋幅度在（18.7±5.8）°，但是在90°到120°则出现少量内旋情况，幅度在（1.4±1.8）°，因此在整个屈曲状态下，股骨外旋大约在（17.2±6.8）°，其中，从伸直位屈曲到15°状态下，股骨外旋程度在（10.1±5.6）°。在整个屈曲过程下，股骨的内外翻变化较低，在内翻下（3.9±2.1）°。
3 讨论
本次数据调查通过进行双平面X线测定，对体重负荷下正常膝关节中股骨以及胫骨的6个自由度位置关系进行分析，获取了股骨相对于胫骨的运动轨迹，同时测定股骨髁的前后位移变化。
大量临床数据证实，通过应用双平面X线技术对膝关节的运动力学进行分析，在上述调查中，进行受检的健康人员膝关节内需要放置钽株，这种操作方法只能对于少数人员受用，在本次研究中，通过将标记球放置在膝关节表面位置来辅佐双平面X线技术，可以最大程度避免钽株的放置。同时相关数据证实，应用双C型X线透视机对双束X线进行获取，这种方式要要更加简单化。在本次研究数据中证实，股骨从伸直位到120°屈曲过程中向外旋转，股骨相对于胫骨处于内旋（5.4±6.2）°，在伸直位屈曲到90°时，股骨外旋幅度在（18.7±5.8）°，但是在90°到120°则出现少量内旋情况，幅度在（1.4±1.8）°，因此在整个屈曲状态下，股骨外旋大约在（17.2±6.8）°，其中，从伸直位屈曲到15°状态下，股骨外旋程度在（10.1±5.6）°。在整個屈曲过程下，股骨的内外翻变化较低，在内翻下（3.9±2.1）°。
综上所述，本次研究对胫股关节静态下的运动学进行测量，虽然能够对屈曲角度进行测量，所出现的偏差较低，但是对于膝关节运动学变化趋势的影响较小。
参考文献
[1] 李春宝. CR-TKA术前与术后关节面接触生物力学及相关研究[D]. 中国人民解放军医学院，2014.
[2] 徐振胤，施光林，王冬梅，等.足踝生物力学动态仿真实验台的多轴运动和力协同控制系统[J].医用生物力学，2014（4）：355-362.
[3] 韩雨辰.用LMS法建立南京市3-6岁儿童身高、体重、体质指数生长曲线及国际标准的比较[D].扬州大学，2016.
[4] 金浩.苯妥英钠预防颅脑损伤后早期癫痫的群体药动学模型预测能力评估以及苯妥英钠预防颅脑损伤后早期癫痫的Meta分析[D].安徽医科大学， 2017.
[5] 陈凯宁.基于三维有限元方法探索ACL断裂后胫股关节轨迹异常对半月板和软骨应力分布的影响[D].第三军医大学，2013.
[6] 岳冰.膝关节形态特征及人工关节置换前后的运动学[D].上海交通大学， 2010.
[7] 鞠昌军，严伟，姜红江，等.外翻支具辅助下行细胞因子关节腔注射治疗膝关节炎50例[J].中国中医骨伤科杂志，2017（12）：59-61.
作者简介：王蓬，河南大学民生学院，198811，河南开封，硕士研究生，助教，体育教学